mgr inż. Marek Wawrzyniak      

 Najważniejsza praca Ampere'a o elektryczności i magnetyzmie, zwieńczająca jego dokonania w tej dziedzinie nosi tytuł "Traktat o matematycznej teorii zjawisk elektrodynamicznych opartej wyłącznie na eksperymentach" ("Mémoire sur la théorie mathématique des phénoménes électrodynamiques uniquement déduite de l'expérience"). Pisząc właśnie o niej Maxwell porównał w 1879 Ampere'a z Newtonem. Samą pracę określił jako "jedno z najbłyskotliwszych osiągnięć nauki. Całość, teoria i eksperymenty wyglądają jak gdyby w pełni dojrzałe i kompletne wyskoczyły z głowy tego 'Newtona elektryki'. Jest doskonała w formie i nieskazitelna w precyzji, a składa się z formuł, z których można wywieść wszystkie zjawiska elektrodynamiki i które muszą na zawsze pozostać jej kardynalnymi tezami."

André Marie Ampere urodził się 20 stycznia 1775 roku w zamożnej rodzinie w Lyonie. Dzieciństwo spędził na wsi w Poleymieux, 10 km od Lyonu. Wychowywał się tam w kontakcie z naturą, bowiem jego ojciec był zafascynowany filozofią Rousseau i w tym duchu starał się wychowywać chłopca.
Ampere nigdy nie chodził do szkoły. Jego wychowaniem zajął się ojciec. Nauczył go czytać i pisać, a potem zaczął uczyć łaciny. Ale Ampere opierał się, nie widząc w łacinie żadnych wartości, i ciągle chciał się uczyć matematyki. W końcu ojciec dał za wygraną i pozwolił synowi iść wymarzoną drogą. Po przeczytaniu domowego księgozbioru dwunastoletni Ampere zaczął studiować dzieła matematyczne z biblioteki w Lyonie. Wrodzone zdolności i zamiłowanie do wiedzy powodowały, że chłopiec pogłębiał swoją wiedzę, zwłaszcza w przedmiotach ścisłych. Już jako chłopiec przestudiował całą 20 tomową Encyklopedię d'Alemberta i Diderota. Podobno czytał ją alfabetycznie, poczynając od pierwszego tomu. Zapewne właśnie wtedy wyrobił sobie zamiłowanie do klasyfikowania, charakterystyczne dla jego późniejszych dokonań naukowych. Kiedy dowiedział się, że interesujące go prace, są wydane po łacinie nauczył się tego języka, aby je móc poznać.
W wieku trzynastu lat napisał swoją pierwszą rozprawę naukową. Poświęcił ją krzywym stożkowym. Tezy rozprawy nie były jednak oryginalne, o czym młody autor nie wiedział. Sądził, że opanował całą istniejącą za jego czasów wiedzę matematyczną. W tym samym roku (1788 r.) przedstawił Académie de Lyon swój pierwszy artykuł naukowy. Przedstawił w nim próbę rozwiązania problemu konstruowania odcinka o długości równej długości okręgu. Zaproponowana w nim, samodzielnie wymyślona przez Ampere'a metoda zakładała zastosowanie wartości zdążających do zera. Jednak znowu okazało się, że autor nie zna opublikowanego już wtedy rachunku takich wartości (rachunku różniczkowego) stąd, artykułu nie dopuszczono do publikacji. Postarał się zatem o dzieła Eulera i Bernouliego, a także o wydaną właśnie wtedy "Mechanikę analityczną" Lagrange'a i rozpoczął nad nimi poważne studia.
Rewolucja 14 lipca 1789 roku tragicznie zaważyła na losach rodziny Ampere'ów. Jego ojciec, miejscowy sędzia pokoju, został aresztowany a następnie zgilotynowany w 1793 roku. Był to ogromny wstrząs dla młodego Andre ý popadł wtedy w trwającą ponad rok apatię i dopiero pod wpływem miłości do Julie Caron, z którą później zawarł związek małżeński, otrząsnął się z tego stanu. Zaręczył się z nią w 1797 roku. Pobrali się w 1799 roku (ślubu udzielił im potajemnie ksiądz nie autoryzowany przez władze rewolucyjne), a w 1800roku urodził im się syn Jean-Jacques, z czasem wybitny historyk literatury.
Po zaręczynach przyszły mąż i ojciec rodziny, rozpoczął udzielanie lekcji matematyki chemii i języków. Dopiero w 1801 roku dostał pracę nauczyciela fizyki i chemii w l'École Centrale w Bourg-en-Bresse. Przeprowadził się tam pozostawiając żonę - najpierw samą, później z nowourodzonym synem - w Poleymieux.
Podczas pobytu w Bourg prowadził badania w dziedzinie matematyki. W ich wyniku napisał w 1802 roku traktat zatytułowany "Rozważania o matematycznej teorii gier". Dojrzała i nowatorska rozprawa naukowa zwrócił uwagę paryskich autorytetów naukowych na młodego autora. Dzięki poparciu jednego z nich, Dalambre'a dostał posadę matematyka w liońskim liceum. Pracując tam kontynuował pracą badawczą w dziedzinie geometrii analitycznej.
Jednak w tym okresie życia Ampere'a istotniejszymi od zawodowych okazały się sprawy rodzinne. Już wcześniej młoda żona zaczęła chorować, teraz jej stan zdrowia pogarszał się coraz bardziej. Zmarła w 1803 roku zostawiając męża w głębokiej depresji. Chcąc się z tej depresji otrząsnąć Ampere postanowił całkowicie i radykalnie zmienić otoczenie. W 1804 roku wyjechał do Paryża. Został, więc zatrudniony w Politechnice, najpierw jako wykładowca matematyki, a od 1808 roku jako profesor.
1 sierpnia 1806 roku ożenił się powtórnie, lecz małżeństwo rozpadło się w przeciągu roku. Co prawda 6 lipca następnego roku urodziła im się córka Albine jednak małżonkowie mieszkali już wtedy oddzielnie. Nie rozmawiali za sobą. Od 1808 roku byli w prawnej separacji. Prawo do opieki nad dzieckiem otrzymał Ampere.
W 1808 r. powierzono mu stanowisko generalnego inspektora na Uniwersytecie Napoleońskim. W tym czasie związał się ze środowiskiem liberalnych filozofów. Pasjonowały go problemy metafizyczne i psychologiczne. Nie przeszkadzało to jednak w kontynuowaniu prac naukowych. W 1814 roku został członkiem Akademii Nauk i kawalerem Legii Honorowej Szkoły Politechnicznej. Od 1819 roku wykładał na uniwersytecie paryskim filozofię, a od roku 1820 astronomię.
Ampere był przede wszystkim matematykiem. Właśnie w tej dyscyplinie prowadził wykłady i większość badań. Jednak jego zainteresowania naukowe były daleko szersze. Zajmował się również metafizyką, chemią, fizyką, a nawet zoologią. We wszystkich tych dziedzinach dokonywał odkryć i publikował wartościowe prace.
W 1811 roku zauważył, że bezwodnik odkrytego dwa lata wcześniej kwasu składa się z wodoru i jakiegoś nieznanego dotąd pierwiastka podobnego do chloru. Zaproponował dla niego nazwę fluor. W 1814 r. niezależnie od Avogadro (który zrobił to w 1811 r.) sformułował prawo o identyczności liczby cząsteczek każdego gazu pod tym samym ciśnieniem i w tej samej objętości (stąd prawo Avogadro we Francji znane jest jako prawo Avogadro Ampere'a). W 1816 roku opracował klasyfikację pierwiastków. Pracował także nad teorią światła. W 1815 r. opublikował pracę o refrakcji.
W dziedzinie matematyki badał między innymi równania różniczkowe cząstkowe, opracowując ich klasyfikację. W 1814 roku pracę na ten temat przedstawił w Narodowym Instytucie Nauk. Praca ta stała się decydującym argumentem na rzecz wyboru Ampere'a na członka Instytutu. Obszerną, dwutomową pracę Ampere'a, zaplanowane przez niego jako "dzieło życia" zatytułowaną "Szkice z filozofii nauki, czyli przedstawienie analityczne ogólnej klasyfikacji wszelkiej wiedzy ludzkiej" opublikowano dopiero po śmierci autora.
Wielki przełom roku 1820 zaczął się od odkrycia duńskiego fizyka, Hansa Christiana Örsteda. W kwietniu zaobserwował on, że igła magnetyczna odchyla się, gdy przez znajdujący się w jej pobliżu przewodnik przepływa prąd elektryczny. Poinformował o tym świat naukowy Europy. Wiadomość o odkryciu dotarła do Paryża na początku września.
Przyjmowano ją ze sceptycyzmem dopóki 11 września 1820 eksperyment Örsted'a nie został powtórzony przed paryską Akademią Nauk przez wybitnego fizyka Dominique'a Arago.
Na pokazie obecny był Ampere. Zainspirowany nim natychmiast rozpoczął badania nad nowo odkrytym zjawiskiem. Na początek sformułował tzw. regułę Ampere'a (znaną też jako "reguła pływaka"). Mówi ona, że gdy prąd płynący przez przewodnik rozciągnięty horyzontalnie nad igłą magnetyczną ma zwrot od bieguna północnego do południowego, to koniec północny igły obraca się w kierunku wschodnim.
Ampere zrozumiał też, że igła magnetyczna może znaleźć zastosowanie do detekcji i pomiaru prądu elektrycznego. Przy pomocy wykorzystującego ją przyrządu badał prąd płynący z ogniwa galwanicznego. Stwierdził, że prąd płynie również przez samo ogniwo i jest on tam identyczny jak prąd płynący przez przewodnik. Dotychczas tego nie wiedziano. Odkrył w ten sposób fundamentalną dla elektryki zasadę przepływu prądu w obwodzie zamkniętym. Skojarzył ją z efektem oddziaływania prądu na igłę magnetyczną. Zbadał oddziaływanie na igłę magnetyczną prądu płynącego w przewodniku ułożonym w pętlę. Naprowadziło go to na ideę, że magnetyzm jest wynikiem przepływu prądu i że właściwości magnesów należy tłumaczyć występującymi w nich wirowymi prądami elektrycznymi. Postulował, że prądy te płyną w indywidualnych "molekułach" magnesu (dziś zwanych domenami magnetycznymi). Postawił wynikającą z tej koncepcji magnetyzmu hipotezę, że prąd płynący przez cewkę złożoną z nawiniętych na walcu zwojów miedzianego drutu powinien wykazywać takie same właściwości jak magnes stały. Zbudował taką cewkę i na drodze doświadczalnej potwierdził swoje przypuszczenie. Badał także oddziaływanie dwu cewek. Stwierdził, że odpychają się lub przyciągają w zależności od położenia względem siebie. Jak różne bieguny magnesów. Stwierdził też, że kierunek działania sił zmienia się wraz ze zwrotem prądu. Zbadał zależności ilościowe rządzące tymi zjawiskami. Zaproponował utrzymujący się do dnia dzisiejszego podział nauki o elektryczności na dwa działy: elektrostatykę i elektrodynamikę. Sformułował podstawy teoretyczne elektrodynamiki. On też zwrócił uwagę na fakt, że między magnetyzmem a elektrycznością zachodzi ścisły związek. Korzyść z tego odniósł Faraday, który odwrócił zagadnienie i dowiódł, że przez odpowiednie użycie pola magnetycznego można wywołać elektryczność. Ampere pierwszy przeforsował nowe pojęcia: prąd, przepływ prądu i odróżnił je od napięcia elektrycznego.
Pierwsze wyniki swoich badań zaprezentował Akademii już w tydzień po pokazie Arago, 18 września 1820 roku. Kolejne wykłady, połączone z pokazami eksperymentów wygłaszał w następnych miesiącach nieomal, co tydzień. Prace na te tematy publikował w "Annales de Chimie et de Physique".
Ampere nie był jedynym wybitnym fizykiem, który szybko zareagował na raport o odkryciu Örsted'a. Także Jean-Baptiste Biot ze swoim asystentem Félixem Savartem niezwłocznie przystąpili do badań nad nim. Wyniki tych badań zaprezentowali Akademii w październiku 1820 roku. Zjawiskami magnetycznymi zajmował się w tym czasie także Poisson. Wszyscy trzej odrzucali zaproponowaną przez Ampere'a koncepcję łączenia elektryczności z magnetyzmem. Między nimi i Ampere'm dochodziło do zajadłych polemik. Także inni wybitni fizycy na ogół byli przeciwni rozwijanej przez Ampere'a idei. Podkreśla to genialność jego odkrycia.
W kolejnych miesiącach i latach Ampere przeprowadzał coraz to nowe eksperymenty mające potwierdzić lub obalić postawioną przez niego hipotezę. W ich wyniku dokonywał dalszych odkryć. Między innymi otrzymał pierwszy w historii elektromagnes. Dziś większość urządzeń elektrycznych, począwszy od niepozornego dzwonka, aż do najpotężniejszych generatorów, zawiera ten najważniejszy element, który stworzył Ampere, tj. elektromagnes.
W czasach Ampera nie wiedziano, jak przebiegają zjawiska w stosach i bateriach. Rzecz była tym trudniejsza do wyjaśnienia, że przyrządy pomiarowe do wykazania nowych praw jeszcze nie istniały. Za pomocą elektroskopu można było sprawdzić napięcie prądu na końcówkach baterii, zanim została ona włączona. Można też było wykazać wielkość napięcia, istniejącego na płytkach kondensatora naładowanego elektrycznością statyczną. Co się jednak działo po włączeniu baterii w obwód? Było to niezrozumiałe. Ampere stwierdził po raz pierwszy, że przepływ prądu da się rozpoznać i udowodnić za pomocą zjawisk chemicznych i magnetycznych. Występują one jednak dopiero z chwilą przepływu prądu. Nie mogą one powstawać, gdy elektryczność, nagromadzona w dużych nawet ilościach, znajduje się w stanie napięcia (w ciałach naelektryzowanych)i w spoczynku (elektryczność statyczna).
W ten sposób Ampere, w oparciu o zjawiska magnetyczne występujące podczas przepływu prądu, zbudował przyrząd do pomiaru natężenia prądu i nazwał go galwanometrem. Do dziedziny nieuchwytnych niegdyś zjawisk elektrycznych wprowadził pewien logiczny porządek. Według niego napięcie jest przyczyną wywołującą prąd, który jest skutkiem tego napięcia. Na podstawie pomiarów i obserwacji doszedł do przekonania, że istnieje opór elektryczny i niewiele brakowałoby opracował jeszcze prawo, znane w nauce pod nazwą prawa Ohma. Ampere jest twórcą reguły lewej dłoni, służącej do wyznaczania kierunku przepływu prądu przez przewodnik za pomocą igły magnetycznej.
Ampere był pomysłodawcą telegrafu elektromagnetycznego (1829 r.) oraz komutatora.
Jednak nie te odkrycia stanowią o istocie dorobku Ampere'a.
Najważniejszą jednak zasługą Ampere'a było opracowanie matematycznej teorii elektrodynamiki. Zawdzięcza mu ona pierwsze podstawowe wzory, wyprowadzone na podstawie wnikliwej analizy wyników doświadczeń. Odtąd teoria i badania eksperymentalne mogły się wzajemnie rozwijać. Najtrafniej scharakteryzował ten dorobek James Clerk Maxwell nazwając Ampere'a "Newtonem elektryki". I rzeczywiście, podobnie jak Newton dokonał epokowego przełomu w dziedzinie mechaniki, tak dzieło Ampere'a otwarło zupełnie nowy rozdział w dziedzinie rozumienia zjawisk elektrycznych i magnetycznych. Opracowana przez niego interpretacja tych zjawisk była rewolucyjnie nowatorska, a przy tym została przez swojego twórcę na tyle dopracowana, że do dnia dzisiejszego nic istotniejszego nie zostało w niej zmienione.
Rezultaty badań opublikował w pracy pt. "Teoria zjawisk elektrodynamicznych, opracowana wyłącznie na podstawie doświadczeń" (1826 r.).
Osiągnięcia te wpłynęły na to, że Ampere'a powołano na katedrę fizyki eksperymentalnej w College de France (1824 r.). W 1827 roku ukazała się książka Ampere'a o teorii elektrodynamiki. Stanowi ona ukoronowanie, a zarazem i koniec jego wybitnej działalności naukowej. Jego późniejsze prace, poświęcone filozofii nauki, którą interesował się od 1800 roku, nie zyskały większego uznania.
Jednak sam twórca był doceniany i honorowany. Był członkiem nie tylko paryskiej l'Academie des Science (od 1814 r.) ale także londyńskiego The Royal Society (od 1827 r.) i innych zagranicznych akademii nauk (w Edynburgu, Berlinie, Lizbonie, Brukseli). Był odznaczony francuską legią honorową.
Pod koniec życia A.M. Ampere dokonał klasyfikacji nauki swej epoki w dziele "Doświadczenie filozofii nauk" (1834 r.)
Zmarł podczas podróży inspekcyjnej 10 VI 1836 r. w Marsylii.

Na Pierwszym Międzynarodowym Kongresie Elektryków zwołanym do Paryża w 1881 roku najważniejszą jednostkę elektryczną późniejszego układu SI, jednostkę natężenia prądu elektrycznego nazwano imieniem Ampere'a. Jednak wcale nie wynikało to z uznania już wtedy Ampere'a za "pierwszego wśród elektryków", jak by się to mogło nam dzisiaj wydawać. Był to efekt kompromisu pomiędzy prominentnymi amerykańskimi i niemieckimi uczestnikami Kongresu, którzy nie mogli dojść do porozumienia, co do uczczenia swoich zasłużonych dla elektryki rodaków i zgodzili się na "neutralnego" Francuza. Jakżeż trafnie!

Literatura
      - Encyklopedia multimedialna PWN
      - "Jak to działa" Dawid Macaulay
      - Wielka internetowa encyklopedia multimedialna "Wiem"
      - "Biografie fizyków" - B. Gładyszewska, L. Gładyszewski, F. Jaśkowski
      - Wiedza i życie "Newton elektryczności"